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Molecules and mechanisms regulating the post-mating response in Drosophila

Applicant Maeda Robert
Number 192621
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Anthropology Unit Department of Genetics and Evolution University of Geneva
Institution of higher education University of Geneva - GE
Main discipline Genetics
Start/End 01.09.2020 - 31.08.2023
Approved amount 249'612.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Genetics
Agricultural and Forestry Sciences

Keywords (9)

non-coding RNA; reproduction; fertility; Drosophila; post-mating-response; suzukii; Male accessory gland; behavior; seminal fluid proteins

Lay Summary (French)

Lead
Les humains ont une relation d'amour/haine avec les insectes. Tandis que la civilisation humaine dépend des insectes pour la fertilisation de ses cultures, d'autres insectes les détruisent ou propagent des maladies. Malheureusement, nos tentatives pour contrôler les populations d'insectes par l'utilisation de pesticides ont conduit à une baisse potentiellement dévastatrice du nombre d'insectes bénéfiques pour l'agriculture. Cette subvention est axée sur la compréhension du processus de reproduction des insectes, dans l'espoir que cette compréhension puisse être utilisée pour aider à contrôler les populations d'insectes.
Lay summary

Contenu et objectifs du travail de recherché

 

Chez de nombreuses espèces d'insectes, l'acte d'accouplement induit des changements de comportement spécifiques chez la femelle. Un exemple courant de cela peut être vu chez les moustiques, où l'accouplement déclenche le comportement d'alimentation sanguine des femelles. Chez la plupart des insectes, ces changements de comportement sont nécessaires pour faciliter la ponte et sont causés par des protéines spécifiques placées dans la femelle par le biais du liquide séminal masculin. Ce projet examine la glande responsable de la production du liquide séminal masculin et explore son potentiel comme moyen de contrôler la population d'insectes.

En tant qu'insecte modèle pour explorer ces problèmes, nous utilisons l'insecte Drosophila melanogaster en raison de sa facilité de culture en laboratoire et des outils génétiques disponibles dans cet organisme. Le projet est divisé en trois parties. Les première et troisième parties visent à comprendre comment la glande qui fabrique le liquide séminal masculin contrôle les comportements post-accouplement des femelles en explorant la fonction des molécules fabriquées par cette glande chez les mâles et les neurones qui répondent à ces molécules chez les femelles. La deuxième partie explore l'utilisation potentielle de cette glande pour le ciblage spécifique d’ espèces de  molécules afin de contrôler les populations d'insectes.

 

Contexte scientifique et social du projet de recherché

 

Une étude récente réalisée en Allemagne a signalé une baisse de 75% de la biomasse d'insectes volants sur une période de 27 ans se terminant en 2016 (Hallmann et al. PLoSOne. 2017). Ce type de déclin spectaculaire semble provoquer un effet domino dans la chaîne alimentaire, les populations d'oiseaux ayant également connu un déclin spectaculaire au cours des dernières décennies. ((Inger et al. Ecol. Letters 2014), (Geffroy, L, CNRS: Le Journal, 2018)). Les causes présumées de ces changements sont les pesticides agricoles. Les pesticides ne font généralement pas de distinction entre les différentes espèces d'insectes; ils ne font pas le différence entre une espèce bénéfique ou nuisible. En libérant dans la nature des insectes élevés en laboratoire et stérilisés, des populations d'insectes spécifiques se sont révélées contrôlables. Notre travail vise à terme à trouver de nouvelles façons d'améliorer ce processus.

Direct link to Lay Summary Last update: 30.03.2020

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Name Institute

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
170179 Multiple Layers of Complexity in the Regulation of the Bithorax Complex in Drosophila 01.01.2017 Project funding (Div. I-III)

Abstract

The well-documented Drosophila post-mating response is a form of sexual selection that leads to a conflict between the sexes. Caused in large part by proteins made in the male accessory gland, the post-mating response induces physiological and behavioral responses in the female that increase a male’s ability to sire offspring at the expense of the female and other competing males. Due to some of the unfavorable consequences of the post-mating response to females, there is a constant battle between male proteins enhancing the post-mating response and female modifying downstream proteins to modulate it. This can be seen in the rapid evolution of the proteins involved in the post-mating response within the Drosophila genus. Rapid evolution due to such sexual conflicts has been proposed to be a significant force driving speciation.Over the last few years, our lab has been focusing on multiple aspects of reproduction in the fruit fly, Drosophila melanogaster, among which, the post-mating response has been central. Our lab has shown that particular cells in the male accessory gland, called the secondary cells, are critical for extending the post-mating response past ~24 hours and that these cells and the proteins they make, allow the post-mating response to last for a period of over a week. Much of our work, thus far has focused on the development of these cells. We discovered that the proper development of these cells depends on the homeotic gene Abd-B and a miRNA found near Abd-B called miR-iab-8. We also were able to describe the cytology of the cells using molecular markers to gain insights into how the cells work. In the first part of this proposal, we describe experiments aimed at understanding how the molecules made by the secondary cells function to extend the post-mating response and how the secretion of these proteins is accomplished. In a second part of the proposal, we propose experiments aimed at using what we know about the accessory gland proteins and the post-mating response to develop ways to control insect populations. Here, we focus on the control of the agricultural pest, D. suzukii. D. suzukii populations are generally controlled through the use of pesticides. However, recent studies have started to demonstrate the staggering environmental costs associated with the widespread use of pesticides. We, therefore, propose to use sterile insect techniques combined with targeted culling of D. suzukii females using insecticidal toxins placed in the seminal fluid. We believe this idea may have merit for the control of many insects where the even after mating to sterile males, the post-mating behaviors still induce damaging behaviors (mosquito blood feeding, D. suzukii fruit puncturing).And lastly, we propose extending experiments performed in our lab to study the iab-8 lncRNA. This RNA is found within the Drosophila bithorax complex and has been studied extensively in our lab. We know that this RNA makes a miRNA (called miR-iab-8, which is also made in the secondary cells) and control the expression of the homeotic gene abd-A in the posterior central nervous system. Loss of the miRNA leads to sterility in both males and females. Which iab-8+ neurons that cause this sterility are still unknown. We now have a way to follow the neurons expressing the iab-8 lncRNA in the adult fly and we propose to use this tool to dissect the many neuronal networks controlled by the neurons expressing of the iab-8 lncRNA.
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